Wissenschaftler am FBM-UNIL haben eine neue Rolle des Locus coeruleus im Schlaf und seinen Störungen identifiziert. Diese Gehirnregion ermöglicht den Übergang zwischen Schlafzuständen und die Aufrechterhaltung einer wichtigen unbewussten Wachsamkeit. Stress stört seine Funktionen und beeinträchtigt die Schlafqualität.
Immer mehr Menschen leiden unter Schlafstörungen mit potenziell schwerwiegenden Folgen für ihre Gesundheit. Der Schlaf von Säugetieren besteht aus Zyklen zwischen zwei Zuständen: dem Tiefschlaf (NREM-Schlaf) und dem REM-Schlaf (REM-Schlaf). Die Regeln, die diese Zyklen steuern, sind jedoch kaum bekannt. Eine Studie des Teams von Anita Lüthi , Forscherin in der Abteilung für grundlegende Neurowissenschaften der Fakultät für Biologie und Medizin (FBM) an der Universität Lausanne (UNIL), zeigt zum ersten Mal, dass der Locus coeruleus (LC), eine Region des Hirnstamms, an der Organisation des Schlafs beteiligt ist.
Bisher war bekannt, dass das LC der wichtigste Regulator für die Fähigkeit ist, im Wachzustand auf eine gefährliche Situation zu reagieren. Die Studie, die von Anita Lüthis Team durchgeführt und in Nature Neuroscience, veröffentlicht wurde, zeigt, dass das LC bestimmt, wann der Übergang zwischen den beiden Schlafzuständen erlaubt ist, und so die normale Schlafzyklizität aufrechterhält. Die Forscherin erklärt: "Erlebnisse während des Tages, insbesondere Stress, stören die Funktion des LC und können zu Störungen des Schlafzyklus und häufigem Erwachen führen." Diese Erkenntnisse bieten entscheidende Ansatzpunkte für ein besseres Verständnis von Schlafstörungen im Hinblick auf eine verbesserte Behandlung.
Die Struktur des Schlafs neu definiert
Das LC, das seit langem als Produktionszentrum für Noradrenalin bekannt ist - ein Haupthormon, das unsere Fähigkeit steuert, auf widrige Umwelteinflüsse zu reagieren, indem es Gehirn und Körper mobilisiert - ist für die kognitive Wachheit von entscheidender Bedeutung. Während des Schlafs schwankt seine Aktivität und wechselt zwischen Spitzen und Tälern in Intervallen von etwa 50 Sekunden. Die Rolle dieser Aktivität war bislang nur unzureichend verstanden. Mithilfe modernster Technologien ist es den Neurowissenschaftlern der Universität Lausanne gelungen, bei Mäusen ganz gezielt in neuronale Bahnen in dieser Gehirnregion zu investieren. Wir haben festgestellt, dass sowohl die Spitzen als auch die Täler der fluktuierenden LC-Aktivität jeweils eine Schlüsselrolle bei der Organisation des Schlafs spielen. Es ist ein neues Strukturelement des Schlafs, es funktioniert ein bisschen wie eine Uhr’, erklärt einer der drei Hauptautoren der Studie, Georgios Foustoukos.
Ihre Ergebnisse zeigen, dass der Schlaf aus bislang unbekannten Struktureinheiten besteht, in denen zwei Funktionen sequentiell koordiniert werden. Während der Peaks wird ein Teil des subkortikalen Gehirns durch Noradrenalin in einen wacheren Zustand versetzt, was eine unbewusste Wachsamkeit gegenüber der Umwelt und potenziellen Gefahren ermöglicht. Während der Tiefpunkte sind hingegen Übergänge in den REM-Schlaf möglich.
Zwei Schlüsselfunktionen für einen erholsamen Schlaf
Unter normalen Bedingungen ist der menschliche NREM-Schlaf in vier verschiedene Stadien unterteilt, die den tiefsten Schlafperioden entsprechen. Der REM-Schlaf hingegen ist durch eine hohe Gehirnaktivität in Verbindung mit Träumen gekennzeichnet und nimmt etwa ein Viertel der Nacht ein. Eine typische Nacht wechselt in koordinierter Weise zwischen den Schlafzuständen NREM und REM ab, sodass sich Körper und Geist ausruhen und erholen können. Neurowissenschaftler haben den LC als Gatekeeper für diese Übergänge identifiziert, der genau kontrolliert, wann der Übergang vom NREM- zum REM-Schlaf stattfinden kann, d.h. in Zeiten von Aktivitätstiefs.
Wissenschaftler haben jedoch herausgefunden, dass bei hoher LC-Aktivität eine erhöhte Noradrenalinproduktion stattfindet, die bestimmte Bereiche des Gehirns wacher macht, ohne jedoch den Körper zu wecken. Dieser Zustand stellt eine bislang unbekannte Art von Wachheit dar, die es ermöglicht, während des Schlafs eine gewisse Wachsamkeit gegenüber der Umwelt und dem Körper aufrechtzuerhalten, und so in Notsituationen ein vollständiges und schnelles Erwachen erleichtert. ’Mit anderen Worten, das Gehirn ist auf subkortikaler Ebene halb wach, während es auf kortikaler Ebene schläft’, erläutert Anita Lüthi.
Hoffnung für Schlafstörungen
Die Studie zeigt, dass Stressbedingungen bei Mäusen den Schlaf stören können, indem sie die LC-Aktivität erhöhen, wodurch der REM-Schlaf verzögert und der NREM-Schlaf durch zu viele Wachzustände, die subkortikale und kortikale Areale betreffen, fragmentiert wird. Für Anita Lüthi eröffnen diese Ergebnisse neue klinische Anwendungen für Menschen mit Schlafstörungen: "Unsere Erkenntnisse können dazu beitragen, Angstzustände und andere schlafbezogene Störungen besser zu verstehen. Darüber hinaus bieten sie Ansatzpunkte für neue Behandlungsmethoden, wie z.B. die Verwendung von LC als Biomarker zur Überwachung und möglichen Korrektur von Schlafzyklen. Ein starker Aspekt unserer Arbeit ist, dass wir die neuronalen Aktivitäten des Schlafs sehr nahe an die im Krankenhaus verwendeten Schlafmessungen heranführen’. So konnten klinische Kooperationen mit dem Centre Hospitalier Universitaire Vaudois (CHUV) eingeleitet werden, um zu evaluieren, ob die bei Mäusen identifizierten Mechanismen auf den menschlichen Schlaf übertragen werden können.
Schließlich eröffnet die Studie auch neue Wege, um den Schlaf im Laufe der Evolution der Arten zu verstehen. Im Gegensatz zu Säugetieren, die zwei verschiedene Schlafzustände besitzen, haben einige archaische Arten, wie Reptilien, keine solche klar definierte Dualität. Allerdings weisen mehrere Reptilien zwei Schlafzustände auf, die sich über einen Zeitraum von etwa 50 Sekunden abwechseln. Dies deutet darauf hin, dass es bereits Vorläufer der LC-Aktivität gab, die ihren alten Schlaf strukturierten.
